Een betaalbare hydrogel uit Hongkong pakt een hardnekkig probleem van zonnepanelen aan: hot spots. Het resultaat? Meer opbrengst, minder brandrisico en een opvallend korte terugverdientijd.
Zonnepanelen zijn robuust, maar één klein probleempje kan al flinke schade aanrichten: hot spots. Dat zijn plekken die lokaal veel warmer worden dan de rest van het paneel, vaak door gedeeltelijke schaduw, vuil of een kleine defecte cel.
Die hitte blijft niet zonder gevolgen. De stroomopbrengst neemt af, materialen verouderen sneller en in extreme gevallen kan zelfs brandgevaar ontstaan. Uit grootschalig onderzoek naar miljoenen zonnepanelen blijkt dat meer dan een derde te maken heeft met thermische defecten, waarbij de temperatuur lokaal kan oplopen tot meer dan 21 °C boven normaal. Hotspots blijken bovendien verantwoordelijk voor ongeveer een vijfde van de module-uitval in de eerste jaren van gebruik.
Onderzoekers van The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) hebben nu een goedkope hydrogelcoating ontwikkeld die zonnepaneel-hotspots koelt. Het resultaat is tot 13% hogere stroomopbrengst, en het verdient zichzelf binnen vier jaar terug.
Simpele oplossing met indrukwekkende resultaten
Het onderzoek stond onder leiding van prof. Yan Jerry, hoogleraar Energy and Buildings, samen met dr. Liu Junwei van de faculteit Building Environment and Energy Engineering. De hydrogelcoating kan direct op bestaande zonnepanelen worden aangebracht en is specifiek ontworpen om hotspots te koelen zonder dat er aanpassingen nodig zijn aan de elektrisch schakelingen van het paneel.
In tegenstelling tot traditionele koelingsmethoden, zoals actieve ventilatie of complexe aanpassingen in paneelontwerp, is deze aanpak eenvoudig én effectief. Laboratorium- en systeemtesten lieten zien dat de hydrogel hot spot-temperaturen tot 16 °C kon verlagen en het vermogen met maximaal 13% verhoogde.
Opvallend korte terugverdientijd
Volgens de onderzoekers is de coating vooral relevant voor dakinstallaties en building-integrated photovoltaics (BIPV). Juist in stedelijke omgevingen komen gedeeltelijke schaduwen veel voor, door omliggende gebouwen, installaties en wisselende zonhoeken.
Op basis van simulaties voor Hongkong en Singapore verwacht het team een jaarlijkse opbrengststijging van respectievelijk 6,5% en 7,0%. De economische kant is minstens zo opvallend, met een geschatte terugverdientijd van 4,5 jaar (Hongkong) en 3,2 jaar (Singapore).
Oud idee nu verfijnd
Hydrogels zijn niet nieuw, maar ze kampen traditioneel met een belangrijk nadeel: krimp en scheurvorming bij langdurig buitengebruik. Dat is funest voor prestaties en levensduur. De PolyU-onderzoekers combineren daarom het natuurlijke polymeer hydroxyethylcellulose met bladachtig gestructureerde katoenvezels. Deze combinatie maakt de hydrogel mechanisch stabieler.
Waar conventionele hydrogels na langdurig gebruik tot 46% volumekrimp kunnen vertonen, blijft dit bij de nieuwe coating beperkt tot 34%, met aanzienlijk minder scheurvorming. Volgens dr. Liu is dit cruciaal voor toepassing op daken en gevels, waar temperatuurwisselingen, UV-straling en regen de norm zijn.
Doorontwikkeling
Het PolyU-team werkt inmiddels aan doorontwikkeling van het concept, met als doel de hydrogel-gebaseerde verdampingskoeling ook geschikt te maken voor nieuwe generaties zonnepanelen. Denk aan dunne-film-PV en andere opkomende technologieën die gevoeliger zijn voor temperatuurpieken.
De boodschap is helder: soms zit echte innovatie niet in complexere elektronica, maar in een slimme laag materiaal op precies de juiste plek.
